Les chercheurs ont identifié un régulateur négatif clé de la régénération des pousses, WOX13, qui favorise le devenir des cellules non méristématiques en agissant comme un répresseur transcriptionnel et a ainsi un impact sur l’efficacité de la régénération. Cette découverte fournit de nouvelles informations sur les voies de spécification du destin cellulaire et suggère que l’élimination de WOX13 peut améliorer l’efficacité de la régénération des pousses, ce qui pourrait être un outil précieux en agriculture et en horticulture.
Des chercheurs japonais ont identifié comment WOX13 Le gène contrôle négativement le destin des cellules végétales en régénération, affectant l’efficacité de la régénération des pousses.
Les plantes possèdent la capacité unique de se régénérer complètement à partir d’une cellule somatique, c’est-à-dire une cellule ordinaire qui ne participe généralement pas à la reproduction. Ce processus implique le de novo (ou nouvelle) formation d’un méristème apical des pousses (SAM) qui donne naissance aux organes latéraux, essentiels à la reconstruction de la plante.
À l’échelle cellulaire, la formation de SAM est méticuleusement contrôlée par des régulateurs positifs ou négatifs (gènes/molécules protéiques) qui peuvent respectivement induire ou restreindre la régénération des pousses. Mais quelles molécules sont impliquées ? Existe-t-il d’autres niveaux de réglementation qui restent à découvrir ?
Pour chercher des réponses aux questions ci-dessus, un groupe de recherche dirigé par l’Institut des sciences et technologies de Nara (NAIST), au Japon, a étudié le processus en Arabidopsisune plante couramment utilisée dans la recherche génétique.
Leur recherche, publiée dans Avancées scientifiques– identifié et caractérisé un régulateur négatif clé de la régénération des pousses. Ils ont démontré comment le HOMEOBOX 13 LIÉ À WUSCHEL (WOX13) le gène et sa protéine peuvent favoriser la fonction non méristématique (sans division) des cellules calleuses en agissant comme un agent transcriptionnel (ARN-niveau), ce qui a un impact sur l’efficacité de la régénération.
« La recherche de stratégies pour améliorer l’efficacité de la régénération des pousses des plantes est longue. Toutefois, les progrès ont été entravés par le manque de clarté des mécanismes de régulation correspondants. Notre étude comble cette lacune en définissant une nouvelle voie de spécification du destin cellulaire », explique Momoko Ikeuchi, chercheuse principale de cette étude.
WOX13 et WUS, mutuellement répressifs, jouent un rôle clé dans la spécification du destin cellulaire des cellules de cals pluripotentes. Illustration schématique des mécanismes de régulation (à gauche) et des modèles d’expression spatiale de WOX13 et WUS dans la population de cellules de cals (à droite). Crédit : Momoko Ikeuchi
Des études antérieures de son équipe avaient déjà établi le rôle de WOX13 dans la réparation des tissus et l’adhésion des organes après greffe. Ainsi, ils ont d’abord testé le rôle potentiel de ce gène dans le contrôle de la régénération des pousses chez un wox13 Arabidopsis mutant (plante dysfonctionnelle WOX13) en utilisant un système de culture tissulaire en deux étapes.
L’analyse phénotypique et l’imagerie ont révélé que la régénération des pousses était accélérée (3 jours plus rapide) chez les plantes dépourvues WOX13et plus lentement quand WOX13 l’expression a été induite. De plus, dans les plantes normales, WOX13 ont montré des niveaux d’expression localement réduits dans SAM. Ces résultats suggèrent que WOX13 peut réguler négativement la régénération des pousses.
Pour valider leurs résultats, les chercheurs ont comparé les wox13 mutants et plantes de type sauvage (normales) en utilisant le séquençage d’ARN à plusieurs moments. L’absence de WOX13 n’a pas considérablement modifié Arabidopsis expression génique dans des conditions induisant des callosités. Cependant, les conditions induisant la pousse ont significativement accru les altérations induites par le wox13 mutation, conduisant à une régulation positive des gènes régulateurs du méristème des pousses.
Il est intéressant de noter que ces gènes ont été supprimés dans les 24 heures suivant WOX13 surexpression dans les plantes mutantes. Dans l’ensemble, ils ont constaté que WOX13 inhibe un sous-ensemble de régulateurs du méristème des pousses tout en activant directement les gènes modificateurs de la paroi cellulaire impliqués dans l’expansion cellulaire et la différenciation cellulaire. Le séquençage ultérieur de l’ARN unicellulaire basé sur Quartz-Seq2 (scRNA-seq) a confirmé le rôle clé de WOX13 en précisant le sort des cellules de cals pluripotentes.
Cette étude souligne que contrairement à d’autres régulateurs négatifs connus de la régénération des pousses, qui empêchent uniquement le passage des cals vers le SAM, WOX13 inhibe la spécification SAM en favorisant l’acquisition de destins alternatifs. Il réalise cette inhibition grâce à un circuit de régulation mutuellement répressif avec le régulateur WUSfavorisant le destin des cellules non méristématiques en inhibant la transcription WUS et d’autres régulateurs SAM et inducteurs de modificateurs de paroi cellulaire.
De cette façon, WOX13 agit comme un régulateur majeur de l’efficacité de la régénération. « Nos résultats montrent que l’élimination WOX13 peut favoriser l’acquisition du sort des pousses et améliorer l’efficacité de la régulation des pousses. Cela signifie que WOX13 le knock-out peut servir d’outil dans l’agriculture et l’horticulture et stimuler la régénération des pousses de novo médiée par la culture tissulaire », conclut Ikeuchi.
